Vale a pena? Os benefícios da fundição de investimento

Cera perdida, moldes únicos criam produtos de precisão com superfícies mais finas

O que é fundição de investimento?

A fundição por microfusão, muitas vezes chamada de fundição por "cera perdida", usa um processo de molde descartável para criar produtos complexos com superfícies excepcionalmente finas. É uma técnica de precisão devido à versatilidade que pode ser criada no projeto do molde. Os padrões de fundição em areia devem ser divididos em dois, e têm núcleos internos que podem ser suportados dentro de um molde bipartido fechado. Os moldes de revestimento podem ser feitos em quase todas as formas que podem ser esculpidas em cera e revestidas. O processo e a moldagem são mais caros, mas os produtos produzidos podem ser mais complexos e precisos. A superfície de todas as peças fundidas de metal reflete os materiais em que são fundidas. Fundições de areia, portanto, têm uma textura irregular. As fundições de revestimento podem sair do molde com um acabamento mais suave.

O que são produtos comuns de fundição por microfusão?

Os produtos de fundição de precisão são frequentemente encontrados como peças operacionais de máquinas de precisão. Em um automóvel, por exemplo, a carcaça do motor pode ser fundida em areia. Ventiladores, cames e outras peças com formas complexas, especialmente aquelas que se movem e precisam de superfícies finas, geralmente são fundidas.

A fundição de investimento também é comum para estátuas, joias ou outros itens decorativos muito detalhados que possuem detalhes muito finos e acabamentos de superfície lisos.

Processo de seleção de investimentos

O processo de microfusão requer um padrão dispensável, geralmente feito de cera; um material de molde cerâmico; um forno; e um processo de fundição para fusão de metais e enchimento de moldes.

Padrões descartáveis ​​ou de cera

Um padrão é uma réplica exata do produto final a ser feito. Humoristicamente, um padrão é feito preenchendo um molde de injeção geralmente feito de alumínio ou aço. Esses moldes podem ser usinados, impressos em 3D ou até mesmo esculpidos à mão. Criar cada peça com esses processos seria mais caro do que criar um molde e depois passar para um processo de fundição. A fundição por cera perdida é mais cara do que a fundição em areia, mas ainda é capaz de escalar para produção industrial de alta rotatividade. Uma vez que o molde de injeção foi criado, os padrões de cera podem ser feitos rapidamente e em grandes quantidades, pois requerem um tempo mínimo para esfriar e solidificar.

Montagens de padrões

Uma vez formados, os padrões de cera são montados em uma árvore, ou sistema de fundição, que permitirá que vários itens sejam fundidos ao mesmo tempo. A formação da árvore é feita a partir de uma série de portões e sprues, também feitos de cera sólida. Esses ramos sólidos de cera eventualmente formarão os canais ocos que transportam o metal fundido para formar cada produto final. As estruturas das árvores devem ser montadas cuidadosamente para garantir produtos de qualidade e fluxos de trabalho eficientes. Dependendo das instalações de um local e do tamanho do produto, muitos padrões podem ser montados na mesma árvore para produção em massa. Itens maiores também podem ser lançados por conta própria.

Molde de "investimento" de cerâmica

Uma vez que a estrutura da árvore é montada, ela é mergulhada em um banho de cerâmica líquida. A cerâmica cobre toda a árvore e é deixada para secar. Esses banhos são repetidos várias vezes, permitindo que cada demão endureça, até que um molde espesso seja criado. A árvore é então aquecida para derreter a cera, que é drenada inteiramente do molde. Uma vez que a cera é removida, o molde é aquecido a uma temperatura mais alta e o metal fundido é derramado no interior, preenchendo as cavidades antes ocupadas pelo padrão de cera. O processo de aplicação da pasta cerâmica é referido como o aspecto de "investimento" da fundição por microfusão.

Remoção de mofo

Uma vez que o metal esfriou e solidificou, o molde cerâmico é quebrado para revelar os produtos fundidos. Gates e sprues são então removidos e quaisquer procedimentos adicionais de acabamento ou tratamento são aplicados.

Aplicativo versátil

Os padrões de cera podem ser feitos em praticamente qualquer forma, sem afunilamento e sem afetar a qualidade do produto final.

A fundição por microfusão pode ser usada para uma variedade de produtos e materiais. Dependendo das instalações de fundição de um local, os produtos podem pesar apenas uma fração de onça e mais de mil libras. Os moldes de revestimento cerâmicos também são adequados para vazamento em alta temperatura.

Materiais comuns usados ​​em fundição de investimento incluem aços e outras ligas baseadas em ferro, alumínio, níquel, cobalto, titânio e cobre. Dependendo da aplicação, a fundição por microfusão pode ser adequada para ciclos de produção curtos e longos e pode produzir várias centenas de produtos por vez.

Ceras e materiais cerâmicos podem ser reutilizados durante todo o processo de microfusão. A cera usada é reajustada em portas e risers, e os moldes cerâmicos podem ser reprocessados ​​para uso em novos moldes – normalmente as camadas externas de cerâmica, onde é necessária menos precisão.

Benefícios da microfusão sobre a fundição em areia

Todos os métodos de fundição oferecem muitos benefícios de projeto:a capacidade de minimizar a entrada de material e formar estruturas que seriam difíceis de alcançar sem usinagem ou montagem significativa.

Um dos principais benefícios da fundição por microfusão, no entanto, é a versatilidade de seu molde. Como o molde é dispensável e como os padrões de cera podem ser removidos discretamente na forma líquida, os fabricantes têm uma liberdade excepcional ao projetar produtos de microfusão. A fundição por microfusão oferece recursos de projeto muito mais complexos do que a maioria dos outros métodos de moldagem e fundição.

Fundição de investimento versus fundição em areia

A fundição em areia é outro método de fundição eficaz que usa areia para formar moldes descartáveis. É o método de fundição mais usado na América do Norte, mas há várias diferenças importantes.

Ao selecionar o melhor método de casting para um projeto, considere o seguinte:

• Os moldes de areia devem ser separados para remover um padrão antes de despejar. Para garantir um molde adequado, um padrão precisa ser projetado com cones, ou rascunhos, para minimizar o atrito - e evitar que o molde de areia seja interrompido - quando as seções forem separadas. Como os moldes de areia são compostos de duas peças, o produto final sempre terá uma linha de separação, que pode precisar ser retificada depois de resfriado.
• Os moldes de fundição em areia podem ser facilmente ajustados para acomodar mudanças de projeto. Isso dá liberdade a um engenheiro para trocar peças de forma rápida e fácil após o teste.
• As cavidades internas também podem ser um desafio para a fundição em areia, que depende do uso de machos. Um núcleo é uma forma pré-formada que é inserida em um molde para formar o interior da peça que não está em contato com a superfície do molde. Dependendo da forma e da complexidade de um macho, que pode ser um único componente ou um conjunto de vários machos, pode ser demorado formar e fixar dentro de um molde.
• Na fundição em areia, novas peças fundidas são fabricadas mais rapidamente do que na microfusão devido à reutilização do padrão.
• Também vale ressaltar que os moldes de areia, mesmo com aditivos sintéticos e alta compactação, não conseguem atingir a dureza da cerâmica. Como resultado, as superfícies fundidas em areia geralmente têm tolerâncias mais altas e exigem retificação de máquina para obter uma superfície acabada.
• Também vale ressaltar que os moldes de areia, mesmo com aditivos sintéticos e alta compactação, não conseguem atingir a dureza da cerâmica. Como resultado, as superfícies fundidas em areia geralmente têm tolerâncias mais altas e exigem retificação de máquina para obter uma superfície acabada.
• A fundição em areia pode produzir componentes metálicos de todos os tamanhos e pesos, enquanto a fundição de precisão exige que as peças finais pesem menos de 100 libras.
• Com a fundição por microfusão, os padrões de cera podem ser feitos de praticamente qualquer forma.
• Os moldes de cerâmica também são muito duros, o que cria superfícies lisas com tolerâncias baixas, muitas vezes com paredes muito finas. Depois que as comportas e os sprues são removidos, muitos produtos não exigem mão de obra adicional para tratamento ou acabamento.
• Com a fundição por microfusão, os padrões de cera podem ser feitos de praticamente qualquer forma, sem conicidade e sem afetar a qualidade do produto final.
• Os moldes de cerâmica também são muito duros, o que cria superfícies lisas com tolerâncias baixas, geralmente com paredes muito finas. Depois que as comportas e os sprues são removidos, muitos produtos não exigem mão de obra adicional para tratamento ou acabamento.

Planejando um projeto de fundição de investimento

Determinar o melhor método de fabricação depende de uma série de fatores. Aqui estão algumas coisas a serem consideradas com seus profissionais de design de produção:

• Tipo de produto final: Qual o tamanho e formato desejados do produto? Diferentes métodos de fundição serão mais adequados para determinadas dimensões e também influenciarão a quantidade de usinagem necessária para atingir as dimensões finais.
• Quantidade: Ao levar em conta as quantidades, é melhor olhar o mais à frente possível. O que pode ser mais econômico no curto prazo pode se tornar mais caro se planejar vários lotes para o longo prazo. Um maior investimento inicial em ferramentas e moldes muitas vezes pode economizar dinheiro no futuro. No entanto, produções de curta duração ou one-shot não exigem o mesmo investimento.
• Tolerâncias: Quão exatas suas dimensões precisam ser? Muitas vezes, tolerâncias mínimas podem ser alcançadas com fundição por microfusão, especialmente para produtos com paredes muito finas.
• Aplicação mecânica: A fundição pode reduzir a quantidade de montagem necessária para aplicações mecânicas, geralmente economizando tempo e mão de obra.
• Requisitos de materiais: Os moldes cerâmicos usados ​​na fundição por microfusão são adequados para uma ampla variedade de materiais, incluindo ligas à base de aço e ferro vazadas em altas temperaturas.
• Pós-produção: Tal como acontece com outras formas de fundição, dependendo de sua aplicação final, os produtos de microfusão podem sofrer vários tratamentos térmicos ou outros acabamentos de superfície, se necessário.

Fundições de fundição de investimento

A maioria das fundições que produzem peças fundidas não necessariamente fornecerão outros métodos de produção de fundição, preferindo se especializar em um único método de produção de fundição. Existem diferenças significativas entre os métodos de produção, como fundição em areia e fundição por microfusão, tornando improvável que uma única empresa tenha a infraestrutura necessária para oferecer mais de um método de produção de moldagem.

É normal que as fundições de investimento custem mais do que as fundições produzidas por outros métodos mais simples, como a fundição em areia. Os benefícios alcançados, no entanto, incluindo complexidade, confiabilidade, reprodutibilidade, acabamento de superfície e outros, mais do que compensam a diferença de custo.

É importante entender verdadeiramente os parâmetros de design da fundição que você está projetando ou tentando comprar. Se a fundição por microfusão puder oferecer uma peça de forma líquida sem usinagem, por exemplo, mas uma fundição em areia precisar ser usinada, então o custo adicional para fundição por microfusão pode ser justificado.

Fontes

• Grote, Karl-Heinrich e Erik K. Antonsson. Manual Springer de Engenharia Mecânica, Volume 10 . Pasadena, CA:Springer Science &Business Media, 2009.
• Hunt, L.B. "A longa história da fundição de cera perdida:mais de cinco mil anos de arte e artesanato." Boletim Ouro . Junho de 1980, Volume 13, Edição 2, pp 63-79.
• Rundman, Karl B. Fundição de metal (livro de referência para MY4130) . Tecnologia de Michigan. Universidade:Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais.